GENETIK

Humangenetik (Einführung)

Humangenetik (Einführung)

Bereits die Naturphilosophen der Antike (z. B. Aristoteles) beschäftigten sich mit der Tatsache, dass Kinder ihren Eltern oder einem Elternteil äußerlich oft sehr ähnlich sind. Darüber hinaus waren sie bereits der Meinung, dass auch Eigenschaften und Fähigkeiten an Nachkommen weitergegeben werden. Allerdings glaubten sie auch an die Vererbung erworbener Eigenschaften. Auch die Bedeutung der Sexualvorgänge im Rahmen der Vererbung war ihnen bereits bewusst. Anaxagoras, ein griechischer Philosoph (500 428 v. Chr.), entwickelte die so genannte Präformationstheorie, nach der ein Embryo bereits im Sperma vorgeformt wäre und sich in der Gebärmutter der Frau nur fertigentwickeln würde. Selbst die Bestimmung des Geschlechts war dabei bereits festgelegt. Man glaubte, dass Sperma des rechten Hodens männliche, solches des linken Hodens weibliche Nachkommen hervorbringe.

Die Vorstellungen der Antike beeinflussten bis ins Mittelalter die Ansichten über das Vererbungsgeschehen beim Menschen. Dies kam in der damals aufgestellten Homunkulus-Theorie, die ebenfalls einen "Miniaturmenschen" in den Spermien annahm, klar zum Ausdruck.

Bild rechts: Spermium mit Homunculus (17. Jh.). Die Nabelschnur wurde im Spermienschwanz vermutet.

Erst die Fortschritte auf dem Gebiet der Zellenlehre und schließlich die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen auf dem Gebiet der menschlichen Erblehre revidierten diese Lehrmeinungen. Große Bedeutung kam den Arbeiten des Engländers Francis Galton zu (1869). Er beobachtete vor allem die Weitergabe von körperlichen und geistigen Eigenschaften unter Verwandten und gilt heute als Begründer der Familienforschung.

Methoden der Humangenetik

Die Familienforschung:

Die Familienforschung zählt sicher zu den ältesten Untersuchungsmethoden im Rahmen der Erbforschung und kann gewissermaßen als Ersatz für die Kreuzungsversuche der klassischen Vererbungslehre angesehen werden. Bei der Erstellung von Stammbäumen und Ahnentafeln ist es möglich, das Auftreten bestimmter Merkmale über viele Generationen zurückzuverfolgen. Man vergleicht dabei nicht nur körperliche Merkmale (z. B. "Habsburger-Unterlippe"), sondern auch geistige und charakterliche Anlagen (z. B. Musikalität, mathematische Begabung und die Begabung für Naturwissenschaften).

Heute haben Stammbaumanalysen im Rahmen der genetischen Familienberatung, in die auch andere Analysenmethoden einbezogen werden können, immer größere Bedeutung. Es geht dabei vorwiegend um die Abschätzung der Möglichkeit des Auftretens von Anomalien bei den Kindern eines künftigen Elternpaares.

Die Bedeutung der massenstatistischen Verfahren liegt im Erfassen der in der Bevölkerung auftretenden Erbkrankheiten. Wichtig sind dabei die Untersuchungen von Neugeborenen, die im Rahmen der vorgesehenen Untersuchungen stattfinden. Auf diese Weise erhält man statistisches Material über die Häufigkeit bestimmter Erbkrankheiten, das wieder die Voraussetzung für das Treffen gesundheitspolitischer Entscheidungen ist, z. B. Früherkennungstest auf Phenylketonurie. Man wendet bei diesen Arbeiten die Erkenntnisse der Populationsgenetik auf den Menschen an und gelangt über die Untersuchung möglichst vieler Einzelfälle und deren statistische Auswertung zu aussagekräftigen Ergebnissen.

Die Zwillingsforschung:

Man unterscheidet zwei Arten von Zwillingen. Die zweieiigen Zwillinge, die sich aus je einer unabhängig voneinander freigegebenen, befruchteten Eizelle entwickelt haben, und die eineiigen Zwillinge (EZ). Diese gehen aus einer einzigen Eizelle hervor, die sich nach ihrer Befruchtung, in den ersten Entwicklungsphasen, noch vor der Einnistung in die Gebärmutter, in zwei Keime teilt. Das Erbgut beider Keime (Embryos, Feten) stimmt vollkommen überein, wodurch die sehr große Ähnlichkeit der Zwillinge erklärt wird. Eine vollkommene Übereinstimmung ist aber auch bei eineiigen Zwillingen nicht gegeben. Die auftretenden Unterschiede sind vor allem durch unterschiedliche Umwelteinflüsse bedingt. Dieser Umstand ist in erster Linie der Ansatzpunkt für die Zwillingsforschung.

Durch die vergleichende Betrachtung von EZ, die unter gleichen oder unterschiedlichen Umwelteinflüssen gemeinsam oder getrennt aufwuchsen, erhält man Einsichten in die genetisch- bzw. umweltbedingte Ausbildung von Merkmalen sowie deren Wechselwirkung. Zu den hauptsächlich durch die Umwelt geprägten Merkmalen (umweltlabile Merkmale) gehört z. B. das Körpergewicht, während Körpergestalt und -größe - ebenso wie die Augenfarbe - genetisch bestimmt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Klärung der Wechselwirkung zwischen genetischer Veranlagung und Umwelteinflüssen ist der Vergleich einer möglichst großen Zahl von EZ und ZZ. Stimmen z. B. EZ in einem untersuchten Merkmal deutlich häufiger überein als die ZZ, dann weist dies auf ein umweltstabiles, d. h. überwiegend genbestimmtes Merkmal hin.

Cytogenetische und biochemische Methoden:

Auf dem Gebiet der Zelluntersuchungen konnten die größten Fortschritte der Humangenetik erzielt werden. Man arbeitet dabei vorzugsweise mit Kulturen verschiedener weißer Blutkörperchen. An diesen werden z. B. Chromosomen- und Enzymuntersuchungen durchgeführt. Auch die mutagene Wirkung von Umweltfaktoren kann an ihnen getestet werden.

Für die Untersuchungen ist die Isolierung und Darstellung der Chromosomen des Menschen eine notwendige Voraussetzung. Die eindeutige Identifizierung der Chromosomen erfolgt mit Hilfe der Bandentechnik. Man behandelt zu diesem Zweck die Chromosomen in der Metaphase einer mitotischen Teilung mit speziellen Färbetechniken, wodurch auf ihnen ein charakteristisches Bandenmuster sichtbar wird. Anhand dieses Bandenmusters wurden die Chromosomen des Menschen in einem Karyogramm, d. h. in Gruppen mit international festgelegter Nummerierung, geordnet. Die Banden werden als Orte der DNS-Sequenzen gedeutet. Aus Veränderungen der Muster lässt sich auf etwaige Strukturveränderungen der Chromosomen (Chromosomenmutationen) schließen.

Ein nächster Schritt war die Bestimmung der Genorte auf den Chromosomen. Dies gelang mittels der so genannten somatischen Hybridisierung und mit gentechnischen Methoden.
Das Verfahren der somatischen Hybridisierung beginnt mit der Verschmelzung von Zellen unterschiedlicher Herkunft (z. B. Zellen aus menschlichen Zellkulturen und Mauszellen). In diesen Hybridzellen verschmelzen auch die Zellkerne. Die Hybridkerne enthalten somit die Summe der Gene von Mensch und Maus. In der Regel produzieren diese Hybridzellen vorerst die Enzyme beider Ausgangskulturen.

Bild rechts: Karyogramm (schematisch) des Menschen mit den für die Chromosomen typischen Bandenmustern. Die Färbung erfolgte hier mit Giemsa-Färbung.
( 1-22: Autosomen. X,Y: Geschlechtschromosomen).

Hybridzellen können sich durch Teilung vermehren. Dabei kommt es allerdings zu Unregelmäßigkeiten, wodurch Chromosomen oder Chromosomenteile des langsamer wachsenden Partners, also des Menschen, verloren gehen. Aus dem Verlust eines Chromosoms (Teilstückes) und dem Ausfall eines Genprodukts kann in weiterer Folge auf den Sitz des zugehörigen Gens geschlossen werden. Mit dieser Methode konnten Genorte (Genloci) beim Menschen gefunden werden.

Bilder: Genetik, Evolution, Mensch und Umwelt (Franz Deuticke)

Vorarlberger Bildungsserver